RA8E2微控制器：高性能与多功能的完美结合

在电子工程师的世界里，寻找一款性能卓越、功能丰富的微控制器是实现各种创新设计的关键。RA8E2微控制器就是这样一款值得关注的产品，它集成了多种强大功能，为电子设计带来了更多可能性。

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一、RA8E2概述

RA8E2微控制器集成了多个基于Arm的32位核心系列，这些核心共享瑞萨的通用外设集，有助于实现设计的可扩展性和高效的基于平台的产品开发。其核心采用高性能的Arm Cortex® - M85，并搭载Helium™技术，最高运行频率可达480 MHz，拥有1 MB代码闪存、672 KB SRAM（包括32 KB的TCM RAM和640 KB的用户SRAM），还具备Octal Serial Peripheral Interface（OSPI）、USBFS、Graphics LCD Controller（GLCDC）、2D Drawing Engine（DRW）等丰富的外设和安全特性。

1.1 功能概述

1.1.1 Arm核心

• 高性能运行：Arm Cortex® - M85核心，最高运行频率达480 MHz，采用ARMv8.1 - M架构和Armv8 - M安全扩展，具备浮点运算单元（FPU），支持标量半精度、单精度和双精度浮点运算，还有M - profile Vector Extension（MVE）和Helium™技术，提供强大的计算能力。
• 内存保护：配备Memory Protection Unit（Arm MPU），包括8个安全区域（MPU_S）和8个非安全区域（MPU_NS），保障内存安全。
• 定时器功能：嵌入两个SysTick定时器，分别为安全实例（SysTick_S）和非安全实例（SysTick_NS），由CPUCLK或MOCO除以8驱动。
• 调试功能：具备CoreSight™ ETM - M85，方便调试和跟踪。

1.1.2 内存

• 代码闪存：拥有1 MB的代码闪存，为程序存储提供充足空间。
• 数据闪存：12 KB的数据闪存，具备100,000次的编程/擦除（P/E）周期，可用于存储重要数据。
• SRAM：672 KB的SRAM，其中32 KB为TCM，可实现高速数据访问。

1.1.3 系统

• 运行模式：支持单芯片模式、JTAG启动模式和SCI/USB启动模式，满足不同应用场景的需求。
• 复位功能：提供13种复位类型，确保系统的稳定运行。
• 电压检测：可编程电压检测（PVD）模块可监测VCC引脚的电压水平，通过寄存器设置选择检测级别，由三个独立的电压电平检测器（PVD0、PVD1、PVD2）组成。
• 时钟系统：具备多种时钟源，包括主时钟振荡器（MOSC）、子时钟振荡器（SOSC）、高速片上振荡器（HOCO）、中速片上振荡器（MOCO）、低速片上振荡器（LOCO）以及PLL1/PLL2，还支持时钟输出。
• 中断控制：中断控制器单元（ICU）可控制事件信号与嵌套向量中断控制器（NVIC）、DMA控制器（DMAC）和数据传输控制器（DTC）模块的连接，同时控制不可屏蔽中断。
• 低功耗模式：通过多种方式降低功耗，如设置时钟分频器、控制EBCLK输出、控制SDCLK输出、停止模块、进行电源门控控制、选择正常操作中的工作电源控制模式以及切换到低功耗模式和处理器低功耗模式。
• 电池备份功能：提供电池备份功能，部分区域由电池供电，包括RTC、SOSC、备份寄存器、篡改检测以及VBATT_R电压下降检测和VCC与VBATT之间的切换。
• 寄存器写保护：寄存器写保护功能可防止重要寄存器因软件错误被覆盖，通过Protect Register（PRCR_S和PRCR_NS）设置受保护的寄存器。

1.1.4 事件链接

事件链接控制器（ELC）利用各种外设模块生成的事件请求作为源信号，将它们连接到不同模块，实现模块之间的直接链接，无需CPU干预。

1.1.5 直接内存访问

• 数据传输控制器（DTC）：用于在中断请求激活时传输数据。
• DMA控制器（DMAC）：8通道直接内存访问控制器，可在无需CPU干预的情况下传输数据。

1.1.6 外部总线接口

包括CS区域（ECBI）、SDRAM区域（ECBI）和OSPI区域（EOBI），可连接外部设备和存储器。

1.1.7 定时器

• 通用PWM定时器（GPT）：包括6个32位定时器（GPT32）和4个16位定时器（GPT16），可生成PWM波形，也可作为通用定时器使用。
• 端口输出使能（POEG）：可将GPT输出引脚置于输出禁用状态。
• 低功耗异步通用定时器（AGT）：16位定时器，可用于脉冲输出、外部脉冲宽度或周期测量以及计数外部事件。
• 超低功耗定时器（ULPT）：32位定时器，可用于输出脉冲或计数外部事件。
• 实时时钟（RTC）：具有日历计数模式和二进制计数模式，日历计数模式拥有2000 - 2099年的100年日历，并自动调整闰年日期；二进制计数模式可用于非公历日历。
• 看门狗定时器（WDT）：14位递减计数器，可在系统失控无法刷新WDT时复位MCU，还可用于生成不可屏蔽中断或下溢中断。
• 独立看门狗定时器（IWDT）：14位递减计数器，可在计数器下溢时复位MCU，也可选择生成中断请求。

1.1.8 通信接口

• 串行通信接口（SCI）：6通道，具备异步和同步串行接口，包括异步接口（UART和ACIA）、8位时钟同步接口、简单IIC、简单SPI、智能卡接口、曼彻斯特接口和简单LIN接口，所有通道都有FIFO缓冲区，可实现连续和全双工通信，数据传输速度可通过片上波特率发生器独立配置。
• I2C总线接口（IIC）：2通道，符合NXP I2C总线接口功能的子集。
• 串行外设接口（SPI）：提供高速全双工同步串行通信，可与多个处理器和外设设备通信。
• CAN with Flexible Data - Rate（CANFD）：可处理符合ISO 11898 - 1标准的经典CAN帧和CANFD帧，每个通道支持4个发送缓冲区和16个接收缓冲区。
• USB 2.0 Full - Speed模块（USBFS）：可作为主机控制器或设备控制器，支持全速和低速（仅主机控制器）传输，具有内部USB收发器，支持所有USB 2.0规范定义的传输类型，有数据传输的缓冲区内存，最多提供10个管道。
• Octal Serial Peripheral Interface（OSPI）：内存控制器，支持EXpanded Serial Peripheral Interface（xSPI），支持1位、2位、4位和8位协议。
• Serial Sound Interface Enhanced（SSIE）：可与数字音频设备接口，用于通过串行总线传输I2S/单声道/TDM音频数据，支持高达50 MHz的音频时钟频率，可作为从机或主机接收器、发射器或收发器，接收器和发射器包括32级FIFO缓冲区，支持中断和DMA驱动的数据接收和传输。

1.1.9 模拟

• 12位A/D转换器（ADC12）：提供12位逐次逼近A/D转换，最多可选择13个模拟输入通道，可选择温度传感器输出、内部参考电压和VBATT 1/3电压监测进行转换。
• 12位D/A转换器（DAC12）：提供12位D/A转换。
• 温度传感器（TSN）：片上温度传感器可确定和监测芯片温度，输出电压与芯片温度成正比，输出电压提供给ADC12进行转换，可被最终应用使用。
• 高速模拟比较器（ACMPHS）：可将模拟输入电压与参考电压进行比较，并根据转换结果提供数字输出，模拟输入电压和参考电压可来自内部源（D/A转换器输出或内部参考电压）和外部源。

1.1.10 人机接口

• 图形LCD控制器（GLCDC）：提供多种功能，支持各种数据格式和面板，包括GLCDC0BI/GLCDC1BI主功能用于访问图形数据，可叠加三个平面（单色背景平面、图形1平面和图形2平面），支持多种32位或16位每像素的图形数据和8位、4位或1位LUT数据格式，数字接口信号输出支持WVGA视频图像尺寸。
• 2D绘图引擎（DRW）：提供灵活的功能，可支持几乎任何对象几何形状，每个对象的边缘可独立模糊或抗锯齿，光栅化以每时钟一个像素的速度在对象的边界框上从左到右、从上到下执行，也可从下到上进行光栅化以优化性能，还提供优化方法以避免对边界框中许多空像素进行光栅化。

1.1.11 数据处理

• 循环冗余校验（CRC）计算器：生成CRC代码以检测数据中的错误，可切换CRC计算结果的位顺序以适应LSB - first或MSB - first通信，还提供各种CRC生成多项式，窥探功能可监控对特定地址的读写操作。
• 数据运算电路（DOC）：可比较、相加和相减32位数据，当满足选定条件时，可比较32位数据并生成中断。

1.1.12 安全

• 安全功能：具备ARMv8 - M TrustZone安全、特权控制、设备生命周期管理、认证级别（AL）、密钥注入、安全引脚复用、VBATT备份寄存器归零和安全工厂编程等功能。
• 瑞萨安全IP（RSIP - E51A）：包含128位真随机数生成电路、256位硬件唯一密钥（HUK）和128位唯一ID。

1.2 模块框图

RA8E2的模块框图展示了其各个功能模块之间的连接关系，包括内存、系统总线、Arm Cortex® - M85核心、各种外设等，为工程师理解其架构提供了清晰的视图。

1.3 产品编号

产品编号包含了内存容量和封装类型等信息，例如R7FA8E2AFDCBD，通过编号可以快速了解产品的相关特性。

1.4 功能比较

详细比较了不同产品编号的各项功能，包括引脚数量、内存容量、通信接口、定时器等，方便工程师根据具体需求选择合适的产品。

1.5 引脚功能

RA8E2的引脚具有多种功能，包括电源供应、时钟、操作模式控制、系统控制、中断等。例如，VCC、VCC2为电源供应引脚，XTAL、EXTAL为时钟引脚，MD为操作模式设置引脚，RES为复位信号输入引脚等。

1.6 引脚分配

从顶视图展示了引脚的分配情况，为硬件设计中的引脚布局提供了参考。

1.7 引脚列表

详细列出了每个引脚的功能和相关信息，包括其所属的功能模块、输入/输出类型和描述等，方便工程师进行引脚的使用和配置。

二、电气特性

2.1 绝对最大额定值

规定了电源电压、输入电压、参考电源电压、模拟电源电压、工作结温、存储温度等参数的绝对最大额定值，使用时必须确保不超过这些值，以免造成MCU的永久损坏。

2.2 DC特性

2.2.1 Tj/Ta定义

明确了允许的工作结温Tj的计算方法，Tj = Ta + θja × 总功耗，其中总功耗 = (VCC - VOH) × ΣIOH + VOL × ΣIOL + (ICC max + ICC_DCDC max) × VCC，同时给出了最低环境温度Ta为 - 40℃。

2.2.2 I/O VIH, VIL

规定了不同电源电压下各外设功能引脚的输入高电平电压（VIH）和输入低电平电压（VIL），对于施密特触发器输入引脚和非施密特触发器输入引脚有不同的要求。

2.2.3 I/O IOH, IOL

给出了不同端口在不同驱动能力下的允许输出电流，包括平均输出电流和最大输出电流，使用时应确保输出电流不超过规定值，以保护MCU的可靠性。

2.2.4 I/O VOH, VOL, 及其他特性

规定了输出电压（VOH、VOL）、输入泄漏电流、三态泄漏电流、输入上拉MOS电流和输入电容等特性，为电路设计提供了重要的电气参数。

2.2.5 工作和待机电流

详细列出了不同工作模式下的电流消耗情况，包括高速模式、低速模式、CPU睡眠模式、CPU深度睡眠模式等，以及BGO操作时的电流增加情况，方便工程师进行功耗评估和优化。

2.2.6 VCC上升和下降梯度及纹波频率

规定了VCC上升和下降梯度的特性以及VCC纹波频率和梯度的要求，确保VCC电压在规定范围内稳定变化，避免对MCU的正常工作产生影响。

2.2.7 热特性

给出了结温Tj的计算方法，Tj = Ta + θja × 总功耗或Tj = Tt + Ψjt × 总功耗，同时提供了热阻θja和Ψjt的参考值，帮助工程师进行散热设计。

2.3 AC特性

2.3.1 频率

规定了高速模式和低速模式下各时钟的工作频率，包括CPU时钟（CPUCLK）、系统时钟（ICLK）、外设模块时钟（PCLKA - E）、闪存接口时钟（FCLK）、外部总线时钟（BCLK）等，确保各模块在合适的频率下工作。

2.3.2 时钟定时

详细列出了各种时钟的定时参数，如EBCLK和SDCLK的输出周期时间、高脉冲宽度、低脉冲宽度、上升时间和下降时间等，以及外部时钟输入的相关参数，为时钟电路的设计提供了精确的依据。

2.3.3 复位定时

规定了不同模式下复位信号的脉冲宽度和等待时间，确保复位操作的正确执行。

2.3.4 唤醒定时

给出了从低功耗模式恢复的时间，包括CPU深度睡眠模式、软件待机模式、深度软件待机模式等，帮助工程师优化系统的唤醒时间。

2.3.5 NMI和IRQ噪声滤波器

规定了NMI和IRQ脉冲宽度的要求，以及在不同条件下的滤波参数，提高系统的抗干扰能力。

2.3.6 总线定时

详细列出了地址延迟、字节控制延迟、CS延迟、ALE延迟时间、RD延迟、读数据设置时间、读数据保持时间、WR/WRn延迟、写数据延迟、写数据保持时间、WAIT设置时间和WAIT保持时间等总线定时参数，确保总线通信的稳定和准确。

2.3.7 I/O端口、POEG、GPT、AGT、ULPT和ADC12触发定时

规定了I/O端口输入数据脉冲宽度、EXCIN输入频率、RTCICn输入脉冲宽度、POEG输入触发脉冲宽度、GPT输入捕获脉冲宽度、AGT输入输出周期和宽度、ULPT输入输出周期和宽度、ADC12触发输入脉冲宽度等定时参数，为相关模块的使用提供了准确的时间要求。

2.3.8 CAC定时

规定了CACREF输入脉冲宽度的要求，确保时钟频率准确性测量电路的正常工作。

2.3.9 SCI定时

详细列出了SCI在异步模式、简单SPI模式、时钟同步模式和简单IIC模式下的定时参数，包括输入时钟周期、输入时钟脉冲宽度、输入时钟上升时间、输入时钟下降时间、输出时钟周期、输出时钟脉冲宽度、输出时钟上升时间、输出时钟下降时间、数据输入设置时间、数据输入保持时间、数据输出延迟时间、数据输出保持时间、数据上升和下降时间、SS输入设置时间、SS输入保持时间、SS输入上升和下降时间、从机访问时间、从机输出释放时间等，确保SCI通信的稳定和准确。

2.3.10 SPI定时

规定了SPI的时钟周期、时钟高脉冲宽度、时钟低脉冲宽度、时钟上升和下降时间、数据输入设置时间、数据输入保持时间、SSL设置时间、SSL保持时间、TI SSP SS输入设置时间、TI SSP SS输入保持时间、TI SSP下一次访问时间、TI SSP主SS输出延迟、数据输出延迟时间、数据输出保持时间、连续传输延迟时间、MOSI和MISO上升和下降时间、SSL上升和下降时间、从机访问时间、从机输出释放时间等定时参数，确保SPI通信的稳定和准确。

2.3.11 OSPI定时

详细列出了OSPI的周期时间、时钟输出摆率、时钟占空比失真、时钟最小脉冲宽度、差分时钟交叉电压、DS占空比失真、DS最小脉冲宽度、数据输入/输出摆率、数据输入设置时间、数据输入保持时间、数据输出有效时间、数据输出保持时间、数据输出缓冲区关闭时间、时钟低到CS低、CS低到时钟高、时钟低到CS高、CS高到时钟高、DS低输出到CS高、CS高到DS三态、CS低到DS低输入